2024届高考物理一轮总复习第十四章热学第3节热力学定律能量守恒课件

这是一份2024届高考物理一轮总复习第十四章热学第3节热力学定律能量守恒课件，共35页。PPT课件主要包含了来量度，热传递，热力学第一定律，传递的热量，做的功，ΔU＝W＋Q，恒定律，保持不变，不消耗能量，热力学第二定律等内容，欢迎下载使用。
一、热力学第一定律 能量守恒定律
1.改变物体内能的两种方式.
(1)________是其他形式的能与内能的相互转化过程，内能的改变量可用________的数值来量度.(2)________是物体间内能的转移过程，内能转移量用______
(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它_________与外界对它所__________的和.
(2)表达式：__________________.
3.能量守恒定律.(1)内容：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体.在转化或转移的过程中其总量__________.这就是能量的转化和守
(2)任何违背能量守恒定律的过程都是不可能的，___________而对外做功的第一类永动机是不可能制成的.
(1)克劳修斯表述：热量不能________地从低温物体传到高温物体(表述了热传递的方向性).(2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成有用功而____________________(表述了机械能与内能转化过程的方向性).
2.第二类永动机是指设想只从单一热库吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机.这类永动机不可能制成的原
因是违反了________________.
3.热力学第二定律的意义：揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律.
4.热力学第二定律的微观解释.(1)一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行.这是热力学第二定律的微观意义.(2)从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度________的方向
【基础自测】1.判断下列题目的正误.
(1)做功和热传递的实质是相同的.(
(2)绝热过程中，外界压缩气体做功 20 J，气体的内能一定减
(3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变.(
(4)利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定
(5)热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变
答案：(1)× (2)× (3)√ (4)√
2.在绝热过程中，外界压缩气体做功 20 J，下列说法正确的是
)A.气体内能一定增加 20 JB.气体内能增加必定小于 20 JC.气体内能增加可能小于 20 JD.气体内能可能不变答案：A
3.(2021 年北京综测)北京春秋两季的昼夜温差较大，细心的司机发现从早晨到中午，车胎的体积和胎内气体的压强都会变大.若这段时间胎内气体质量不变，且可将其视为理想气体，那么从早
晨到中午这段时间内，车胎内的气体(A.对外界做功，内能减小B.对外界做功，内能不变C.吸收热量，内能不变D.吸收的热量大于对外所做的功答案：D
4.如图 14-3-1 所示的汽缸内盛有定量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气.现将活塞杆与外界连接，使其缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功.若已知理想气体的内能只与温度有
关，则下列说法正确的是(
A.气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违
B.气体从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以此过
程不违反热力学第二定律
C.气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违
D.ABC 三种说法都不对答案：C
热点 1 热力学第一定律[热点归纳]
1.对公式ΔU＝Q＋W 符号的确定.
2.改变内能的两种方式的比较.
(1)若过程是绝热的，则 Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等
(2)若过程中不做功，即 W＝0，则 Q＝ΔU，物体吸收的热量
等于物体内能的增加量.
(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则 W＋Q＝0 或 W＝－Q.外界对物体做的功等于物体放出的热量.
4.应用热力学第一定律的三点注意.
(1)做功看体积：体积增大，气体对外做功，W 为负；体积缩小，外界对气体做功，W 为正.气体在真空中自由膨胀，对外界不做功，W＝0.
(2)与外界绝热，则不发生热传递，此时 Q＝0.
(3)由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化.
考向 1 利用热力学第一定律进行定性分析
【典题 1】(2022 年广东梅州模拟)在梅州某中学的科技创新节上，有同学做了一个小实验：如图 14-3-2 所示，先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球的体积将会________(填“变大”或“变小”)，是因为烧瓶里的气体_______(填“放出”或“吸收”)了热量.
解析：当烧瓶放入热水中时，里面的气体温度升高，体积变大，则气球的体积会变大.是因为烧瓶里的气体吸收了热量.
考向 2 利用热力学第一定律进行定量计算【典题 2】(2022 年广东深圳模拟)一定质量的理想气体从状态a 开始，经历三个过程 ab、bc 和 ca 回到原状态，其 p-T 图像如图14-3-3 所示，气体在状态_______(填“a”“b”或“c”)的分子平均动能最小，在 bc 过程中气体体积_______(填“变大”“变小”或“不变”)，在ab过程中，气体对外界做功________(填“大于”
“小于”或“等于”)气体吸收的热量.
解析：气体在状态 a 时的温度最低，则分子平均动能最小.在bc 过程中气体温度不变，压强变大，则体积变小.在 ab 过程中，压强不变，温度升高，内能变大，ΔU＞0.体积变大，则气体对外界做功，则 W＜0，则根据ΔU＝W＋Q 可知，Q＞0，即气体对外界做功小于气体吸收的热量.答案：a 变小 小于
平均动能的大小取决于温度，bc 过程体积的变化
根据玻意耳定律判断，此过程为等温过程，在 ab 过程中，内能变大，结合热力学第一定律比较气体对外做功的数值与吸收热量的多少.
热点 2 热力学第二定律[热点归纳]
1.对热力学第二定律关键词的理解.
在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影
(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不
需要借助外界提供能量的帮助.
(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响.如吸热、放热、做功等.
2.热力学第二定律的实质.自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性.如：
(1)高温物体(2)功(3)气体体积 V1(4)不同气体 A 和 B
低温物体气体体积 V2(V2>V1)混合气体 AB
【典题 3】(2022 年广东卷)利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境，这个过程________(填“是”或“不是”)自发过程.该过程空调消耗了电能，空调排放到室外环境的热量________(填“大于”“等于”或“小于”)从室内吸收的热量.解析：空调将热量从温度低的室内传递到温度较高的室外，这个过程要消耗电能，不是自发的过程.由于空调的压缩机做功，使得空调排放到室外环境的热量大于从室内吸收的热量.
方法技巧 热力学第一、第二定律的比较
热点 3 热力学定律与气体实验定律综合问题[热点归纳]
气体实验定律与热力学第一定律综合问题的四种题型：(1)等压变化：气体膨胀对外界做功 W，应用热力学第一定律代入－W；气体压缩外界对气体做功 W，应用热力学第一定律代入＋W.
(2)等容变化：气体体积不变，气体和外界之间互不做功，即W＝0，则ΔU＝Q.气体从外界吸收的热量等于内能的增加量，气体向外界放出的热量等于内能的减少量.
(3)等温变化：气体内能不变，即ΔU＝0，Q＋W＝0.气体吸热后体积增大时，膨胀对外做的功等于从外界吸收的热量；反之气体被压缩时，外界对气体所做的功等于气体向外释放的热量.(4)绝热过程，即 Q＝0，则 W＝ΔU.气体体积变化导致内能变化，气体体积增大时，膨胀对外做的功等于气体内能的减少量；反之气体被压缩时，外界对气体所做的功等于气体内能的增加量.
【典题 4】(2022 年湖北卷)一定质量的理想气体由状态 a 变为状态 c，其过程如图 14-3-4 中 p-V图像中 a→c 直线段所示，状态 b 对应该线段的中
点.下列说法正确的是(A.a→b 是等温过程
B.a→b 过程中气体吸热C.a→c 过程中状态 b 的温度最低D.a→c 过程中外界对气体做正功
高，内能增加，且体积增大气体对外界做功，则 W＜0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q 可知 a→b 过程中气体吸热，A 错误、B 正确.
映温度，a 状态和 c 状态的坐标值的乘积相等，而中间状态的坐标值乘积更大，a→c 过程的温度先升高后降低，且状态 b 的温度最高，C 错误.a→c 过程气体体积增大，外界对气体做负功，D 错误.
【迁移拓展】(2022 年广东广州模拟)如图 14-3-5 所示，导热汽缸开口向右水平放置，缸内活塞密闭效果良好且能无摩擦滑动.开始时活塞在虚线位置静止(状态Ⅰ)，封闭气体体积为 V＝1 L，通过给缸体缓慢加热，气体膨胀至体积加倍(状态Ⅱ)，此时汽缸内壁的卡销自动开启，同时停止加热，待汽缸慢慢冷却至环境温度(状态Ⅲ).若封闭气体可视为理想气体，环境温度为 27 ℃，外界大气压强为 p0＝1.0×105 Pa.求：
(1)请在坐标图上画出封闭气体的压强 p 随热力学温度 T 的变
化图像，并通过计算说明作图所需的关键状态参量.
(2)若给缸体缓慢加热的过程，气体吸收的热量为 Q＝220 J，
则在汽缸冷却的过程气体放出的热量是多少？
解：(1)状态Ⅰ状态参量：体积 V＝1 L，温度 T1＝(273＋27)K
＝300 K，压强 p1＝p0＝1.0×105 Pa
状态Ⅱ状态参量：体积 V2＝2 L由于等压膨胀 p2＝p1＝1.0×105 Pa
解得 T2＝2T1＝600 K
状态Ⅲ状态参量：温度 T3＝300 K，体积 V3＝V2＝2 L
封闭气体的压强 p 随热力学温度 T 的变化图像如图 D65 所示.